一种含钨酸和酶耦合水解竹叶粉制木糖和葡萄糖的方法技术

本发明专利技术公开了一种含钨酸和酶耦合水解竹叶粉制木糖和葡萄糖的方法，包括以下步骤：步骤一：将脱蜡竹叶粉、含钨酸催化剂或酶、反应介质以一定配比加入聚四氟乙烯反应器中，用惰性气体置换其中的空气；步骤二：设置反应时间或酶解时间、反应温度后进行竹叶木质纤维素降解反应；步骤三：反应完成后，温度降至室温，取出反应液；步骤四：将取出的反应液进行过滤，过滤后冷藏，获得木糖和葡萄糖。本发明专利技术以含钨酸和酶作为催化剂，利用含钨酸的可非选择性地催化竹叶木质纤维素水解，使其大幅度地破坏原生木质纤维素的结构，便于进一步降解；利用木聚糖酶、葡萄糖酶选择性地催化竹叶木质纤维素中的半纤维素和纤维素水解生成木糖、葡萄糖等单糖。

A Method of Hydrolysis of Xylose and Glucose from Bamboo Leaf Powder with Tungstic Acid and Enzyme

The invention discloses a method for hydrolyzing xylose and glucose from bamboo leaf powder by coupling tungstic acid and enzyme, which comprises the following steps: step 1: adding dewaxed bamboo leaf powder, tungstic acid catalyst or enzyme and reaction medium in a certain proportion to a polytetrafluoroethylene reactor and replacing the air therein with inert gas; step 2: setting reaction time or enzymatic hydrolysis time and reaction temperature, then bamboo is carried out. Leaf lignocellulose degradation reaction; Step 3: After the reaction is completed, the temperature drops to room temperature and the reaction liquid is taken out; Step 4: The reaction liquid is filtered, filtered and refrigerated to obtain xylose and glucose. The invention uses tungstic acid and enzyme as catalysts, uses tungstic acid as non-selective catalytic hydrolysis of bamboo leaf lignocellulose, which greatly destroys the structure of primary lignocellulose and facilitates further degradation, and selectively catalyzes the hydrolysis of hemicellulose and cellulose in bamboo leaf lignocellulose to produce monosaccharides such as xylose and glucose by using xylanase and glucosase.

【技术实现步骤摘要】
一种含钨酸和酶耦合水解竹叶粉制木糖和葡萄糖的方法
本专利技术涉及制木糖和葡萄糖的方法的
，特别是含钨酸和酶耦合水解竹叶粉制木糖和葡萄糖的方法的

技术介绍
竹叶在中国民间广为使用，具有悠久的药用和食用历史，是很好的清热解毒药。据我国文献记载，竹叶性淡、微涩、寒、味甘苦，具有清热利尿、明目解毒和止血的功能。近年来对竹叶的开发利用主要以竹叶黄酮、竹叶多糖、竹叶多酚和竹叶提取物为主，对于直接利用竹叶制备木糖、葡萄糖等单糖还处在基础研究阶段。竹叶木质纤维素中含有木质素、纤维素和半纤维素。纤维素是由β-1，4糖苷键将脱水的D型葡萄糖连接起来的高分子，具有很高的结构规整度，其分子内部存在大量氢键，仅在一般物理条件下较难降解。半纤维素是由几种不用类型的单糖构成的异质多聚体，包括C5和C6糖类，例如木糖、阿拉伯糖和半乳糖等，它结合在纤维素结构的表面，并且与纤维素相互连接，构成了细胞壁的纤维素网络。木质素则是由三种苯丙烷单元通过相应的醚键和碳碳键相互连接形成的具有三维网状结构的大分子。木质素在纤维素和半纤维素结构结构中交织成网来硬化植物细胞壁，起到支撑作用。在木质纤维素结构外，还分布着果胶，构成相邻植物细胞的中间粘结物，促使植物细胞紧紧地结合在一起。但果胶实质是一种线性的多糖聚合物，在高温酸碱条件下可被降解。竹叶中纤维素、半纤维素和木质素及果胶的有机结合，形成牢固的植物细胞壁结构，这为竹叶木质纤维素的水相降解形成了挑战。竹叶木质纤维素中纤维素和半纤维素水解制得的葡萄糖和木糖等单糖可以可以进一步转化为乙醇、丁醇等生物燃料和糠醛、多元醇等平台化学品；也可以进一步分离纯化作为食品、药品的原料，这对于竹叶等木质纤维素的开发利用具有非常深远的意义。目前的研究资料表明，木质纤维素的水解一般采用无机酸、碱催化剂，如稀盐酸、稀硫酸和氢氧化钠溶液等降解木质纤维素，水解效果较好，但存在致命缺陷是产物、催化剂分离困难，对设备耐腐蚀性要求高且易造成环境污染，不利于可持续发展。杂多酸具有酸性强，且易与产物分离等优点，在水相催化竹叶木质纤维素水解时，杂多酸中的酸位点可非选择性地催化木质纤维素使其结构破坏，聚合度降低，甚至生成低聚糖或寡糖，但对于某一种单糖的选择性不高。木聚糖酶、葡萄糖酶等酶催化剂能选择性地水解β-1，4-糖苷键，使竹叶木质纤维素进一步高选择地降解生成目标木糖和葡萄糖。
技术实现思路
本专利技术的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种含钨酸和酶耦合水解竹叶粉制木糖和葡萄糖的方法，以含钨酸和酶作为催化剂，利用含钨酸的可非选择性地催化竹叶木质纤维素水解，使其大幅度地破坏原生木质纤维素的结构，便于进一步降解；利用木聚糖酶、葡萄糖酶选择性地催化竹叶木质纤维素中的半纤维素和纤维素水解生成木糖、葡萄糖等单糖。为实现上述目的，本专利技术提出了一种含钨酸和酶耦合水解竹叶粉制木糖和葡萄糖的方法，包括以下步骤：步骤一：将脱蜡竹叶粉、含钨酸催化剂或酶、反应介质以一定配比加入聚四氟乙烯反应器中，用惰性气体置换其中的空气；步骤二：设置反应时间或酶解时间、反应温度后进行竹叶木质纤维素降解反应；步骤三：反应完成后，温度降至室温，取出反应液；步骤四：将取出的反应液进行过滤，过滤后冷藏，获得木糖和葡萄糖。作为优选，所述步骤一中的脱蜡竹叶粉的制作方法为：步骤一：原料预处理：一年生新鲜竹叶采摘后洗净、烘干，并用微型植物粉碎机粉碎、烘干备用；步骤二：竹叶粉脱蜡：将粉碎后的竹叶粉在一定的温度下用乙醇脱蜡处理；步骤三：脱蜡完成后，过滤、烘干备用。作为优选，所述步骤一中的含钨酸为磷钨酸(H3PW12O40)、钨酸(H2WO4)、钨酸铵((NH4)10W12O41)、三氧化钨(WO3)中的一种。作为优选，所述步骤一中的酶为纤维素酶和木聚糖酶。作为优选，所述步骤一中的含钨酸加入质量分数为2.0％-8.0％，所述质量分数以竹叶木质纤维素质量计算；所述步骤一中的酶加入量为50μL/g-300μL/g，加入量以竹叶木质纤维素质量计算。作为优选，所述步骤一中的反应介质为纯水，反应介质与脱蜡竹叶粉的比为20:1。作为优选，所述步骤二中，酸解反应温度为120℃-180℃，酶解反应温度为60℃，酸解时间1.0-4.0小时，酶解反应时间1-8小时。本专利技术的有益效果：本专利技术利用含钨酸中酸位点非选择性地催化竹叶纤维素和半纤维素降解，形成低聚糖和寡糖，再利用木聚糖酶和葡萄糖酶高选择性地水解β-1，4-糖苷键制得木糖、葡萄糖，解决了目前开发方法对木糖和葡萄糖产物选择性不高、反应物前处理步骤多和反应调价苛刻等问题。本专利技术的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。【附图说明】图1是在最优条件下，加酶量对能检测到的阿拉伯糖、木糖、葡萄糖和半乳糖产率的影响图：1.0g竹叶粉、20mL去离子水、磷钨酸添加量0.6g，在150℃下反应2.0h；图2是三种含钨酸中酸位含量比较图(数据来源吡啶红外吸附实测)；图中，磷钨酸B酸含量显著高于其他两种含钨酸，这是磷钨酸具有高效催化竹叶纤维素转化的根本原因；图3是高效阴离子交换色谱检测的单糖混合标品色谱图：1-岩藻糖、2-李糖、3-阿拉伯糖、4-半乳糖、5-葡萄糖、6-木糖、7-果糖、8-半乳糖醛酸、9-葡萄糖醛酸。【具体实施方式】参阅图1、图2、图3，本专利技术，包括以下步骤：步骤一：将脱蜡竹叶粉、含钨酸催化剂或酶、反应介质以一定配比加入聚四氟乙烯反应器中，用惰性气体置换其中的空气；步骤二：设置反应时间或酶解时间、反应温度后进行竹叶木质纤维素降解反应；步骤三：反应完成后，温度降至室温，取出反应液；步骤四：将取出的反应液进行过滤，过滤后冷藏，获得木糖和葡萄糖。具体的，所述步骤一中的脱蜡竹叶粉的制作方法为：步骤一：原料预处理：一年生新鲜竹叶采摘后洗净、烘干，并用微型植物粉碎机粉碎、烘干备用；步骤二：竹叶粉脱蜡：将粉碎后的竹叶粉在一定的温度下用乙醇脱蜡处理；步骤三：脱蜡完成后，过滤、烘干备用。具体的，所述步骤一中的含钨酸为磷钨酸(H3PW12O40)、钨酸(H2WO4)、钨酸铵((NH4)10W12O41)、三氧化钨(WO3)中的一种。具体的，所述步骤一中的酶为纤维素酶和木聚糖酶。具体的，所述步骤一中的含钨酸加入质量分数为2.0％-8.0％，所述质量分数以竹叶木质纤维素质量计算；所述步骤一中的酶加入量为50μL/g-300μL/g，加入量以竹叶木质纤维素质量计算。具体的，所述步骤一中的反应介质为纯水，反应介质与脱蜡竹叶粉的比为20:1。具体的，所述步骤二中，酸解反应温度为120℃-180℃，酶解反应温度为60℃，酸解时间1.0-4.0小时，酶解反应时间1-8小时。利用高效阴离子交换色谱-积分脉冲安培检测法测定产物中木糖和葡萄糖等单糖，并定量计算单糖选择性和产率。离子色谱为美国DionexTMICS-5000+离子色谱系统，采用CarboPacTMPA10色谱柱带保护柱，柱温20℃，自动上样，进样体积25.0μL；以200mmol/L氢氧化钠和200mmol/L醋酸钠为淋洗液进行梯度淋洗，流速为0.8mL/min，在0-30min内淋洗液的浓度梯度为5mmol/L氢氧化钠和10mmol/L醋酸钠在，30-53min内淋洗液的浓度梯度为100mmol/L氢氧化钠和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含钨酸和酶耦合水解竹叶粉制木糖和葡萄糖的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：将脱蜡竹叶粉、含钨酸催化剂或酶、反应介质以一定配比加入聚四氟乙烯反应器中，用惰性气体置换其中的空气；步骤二：设置反应时间或酶解时间、反应温度后进行竹叶木质纤维素降解反应；步骤三：反应完成后，温度降至室温，取出反应液；步骤四：将取出的反应液进行过滤，过滤后冷藏，获得木糖和葡萄糖。

【技术特征摘要】
1.一种含钨酸和酶耦合水解竹叶粉制木糖和葡萄糖的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：将脱蜡竹叶粉、含钨酸催化剂或酶、反应介质以一定配比加入聚四氟乙烯反应器中，用惰性气体置换其中的空气；步骤二：设置反应时间或酶解时间、反应温度后进行竹叶木质纤维素降解反应；步骤三：反应完成后，温度降至室温，取出反应液；步骤四：将取出的反应液进行过滤，过滤后冷藏，获得木糖和葡萄糖。2.如权利要求1所述的一种含钨酸和酶耦合水解竹叶粉制木糖和葡萄糖的方法，其特征在于：所述步骤一中的脱蜡竹叶粉的制作方法为：步骤一：原料预处理：一年生新鲜竹叶采摘后洗净、烘干，并用微型植物粉碎机粉碎、烘干备用；步骤二：竹叶粉脱蜡：将粉碎后的竹叶粉在一定的温度下用乙醇脱蜡处理；步骤三：脱蜡完成后，过滤、烘干备用。3.如权利要求1所述的一种含钨酸和酶耦合水解竹叶粉制木糖和葡萄糖的方法，其特征在于：所述步骤一中的含钨酸为磷钨酸(H3PW12O40)、钨酸(...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖竹钱，毛建卫，张强，葛青，沙如意，戴静，方晟，毛旸晨，
申请(专利权)人：浙江科技学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33